荷載試驗在公路橋梁檢測中的運用研究

周關藝，盧旭陽

［中大檢測（湖南）股份有限公司，湖南 長沙 410000］

1 荷載檢測在公路橋梁檢測中的應用范圍

在實施公路工程橋梁荷載測試工作中，應該根據(jù)測試技術運用的具體實施環(huán)節(jié)，對技術運用方面的功能性加以完善，從而使得在橋梁建設項目測試工作中，通過荷載試驗檢測可以更加合理地發(fā)現(xiàn)在橋梁施工項目建設中存在的技術問題。一般情形下，對于新建橋梁項目均需要進行荷載試驗，尤其是特殊結構的橋梁項目及大跨徑橋梁；特殊結構及大跨徑橋梁在施工過程中會用到新的施工工藝及新的施工技術，而通過荷載試驗能驗證橋梁成橋后的承載能力是否滿足設計要求。載檢測技術的使用進一步減少了長距離橋梁施工中可能出現(xiàn)的設計問題。然而，在發(fā)展長距離橋梁施工中，加強技術施工中新技術的采用，可以有效地提高工程施工進度。與傳統(tǒng)技術相比，新技術的應用和開發(fā)時間較短，這導致人們對具體應用中效果的控制產(chǎn)生了一些懷疑。因此，在長距離橋梁施工中采用了嚴格的質量控制和檢測技術，以確保新施工技術的應用取得良好效果[1]。

2 高速公路橋梁檢測中荷載測試應用

2.1 荷載試驗檢測準備

在對橋梁進行成橋荷載試驗過程中，想要進一步提高荷載試驗檢測結果的精度及準確度就必須在試驗檢測的每一個階段進行質量管控，尤其是在荷載試驗準備階段及荷載試驗加載階段。荷載試驗準備階段首先進行試驗跨的確定，然后根據(jù)設計圖紙通過midas 進行建模計算，最后按照計算結果在橋梁現(xiàn)場進行加載前數(shù)據(jù)采集點的布置。荷載試驗過程中，試驗跨的選擇、試驗數(shù)據(jù)采集點的布置都必須嚴格按照方案進行質量控制并合理的進行檢測，同時在試驗過程中只有保證采集數(shù)據(jù)的有效性才能更家客觀的反映橋梁的實際工作狀況[2]。因此在對橋梁進行荷載試驗時必須要根據(jù)橋梁實際情況對檢測試驗跨及檢測加載進行優(yōu)化，選擇具有代表性的試驗跨開展檢測。

2.2 荷載試驗檢測平臺的確定

具體檢測實施操作中，應該針對荷載檢測點孔位的合理設置，在檢測開展中通過試驗放樣和支架工作合理規(guī)劃，進一步提高橋梁試驗中荷載方面數(shù)據(jù)測出的精確性，在進行橋梁施工項目荷載檢測中，為了在荷載檢測開展中更好的采集檢測數(shù)據(jù)，就要對檢測點開展支架放樣的操作，在進行支架放樣搭建過程中應該針對施工結構中具體的地形結構特點，因地制宜開展搭架。搭架方式在選擇方面也應該充分的考慮到不同影響因素。搭架位置選擇完成之后應該通過采樣點和孔位的選擇，將放樣開展流程進行有效的施工設計，確保在加載控制中位置和測試點的選擇準確，在荷載測試完成之后，將最后施工階段檢測開展中的照明、器材和設備以及通信、安全防護措施的配套工作開展檢查。

2.3 荷載試驗的內(nèi)力控制

在橋梁工程施工項目實施建設中，想要更進一步的提升施工項目開展的品質，就需要對工程質量管理檢測中荷載測試方面的技術應用加強管理，在荷載試驗檢測中，測試應用一般都不會對項目施工質量監(jiān)控效果比較好的橋梁試驗跨進行檢測，在具體的試驗檢測中還需要根據(jù)項目施工中存在明顯受力問題的項目施工階段進行荷載測試方面的方案設計，在具體方案設計中需要根據(jù)外觀問題比較明顯的橋梁工程，針對具體的結構問題狀況，設計出比較合理的荷載試驗檢測。同時在測試中還需要根據(jù)橋梁工程項目具體的結構性特征，采取相應的測試，使得在荷載測試中，數(shù)據(jù)處理方面可以實現(xiàn)很大的準確性。在具體的橋梁項目荷載試驗數(shù)據(jù)測試中，對簡支梁橋的荷載試驗測試中，需要根據(jù)橋梁的最大彎矩以確定橋運行中最具體的橋梁荷載試驗檢測方案[3]。而在對連續(xù)結構型橋的荷載試驗測試中，則需要根據(jù)橋梁的邊跨及中跨最大正彎矩及墩頂最大負彎矩確定具體的橋梁荷載試驗檢測方案。

3 橋梁項目荷載檢測中檢測點選擇

橋梁工程項目在施工品質管理中，通過對建設項目施工管理質量控制措施的有效運用，以提升工程項目建設過程的總體品質，在控制工程質量中通過合理的施工措施以實現(xiàn)最大工程效益，同時還要確保在施工技術應用中具體措施可以更有效地對施工質量檢測技術進行保護。對測試技術應用進行了標準化的管理，在監(jiān)控工程建設質量中，通過測量橋梁工程建設中最具體的負荷數(shù)據(jù)，以提升橋梁施工項目建設整體強度。同時為使得測試技術應用于可以更全面地反映項目施工中最具體的問題，還需要在測試數(shù)據(jù)準確度方面進行進一步提升的工作，為了提高橋梁荷載測試數(shù)據(jù)準確度，還需要在測試開展中通過對數(shù)據(jù)檢測的采集點進行，根據(jù)施工項目特性的差異將對測試技術點的合理分配進行了選擇。在測試中為更好地增加測試監(jiān)控技術的精細程度，就會從所有監(jiān)控點的取樣中選擇較多的著重測試點位，在具體測試現(xiàn)場施工進行中，就不能同時對全部的測試點進行著重監(jiān)測技術應用，所以在測試中就需要針對項目施工方面具體情況的構造特征，以及項目設計主要方面的工程質量管理特點，對項目施工中的構造穩(wěn)定性以及施工強度需求較大的環(huán)節(jié)增加著重測試數(shù)據(jù)的收集，總的來說，在橋梁荷載管理專項測試進行中，就需要針對工程項目設計進行以及施工中具體情況的建設進行環(huán)節(jié)，對注重荷載工程質量管理特點的橋梁發(fā)生不良狀況進行統(tǒng)計，在測試進行中針對重點存在問題的路面進一步增加重點測試技術手段的運用。在測試中必須保證技術應用能夠提高測試效率，并且在測試中盡量避免全路段測試的現(xiàn)象。在全國橋梁工程建設項目檢查中，通過重點針對化的檢查來迅速地找到建設項目施工中出現(xiàn)的問題，并有效解決[4]。

4 案例分析

金沙江烏東德水電站建設征地交通工程龍街大橋及接線工程是金沙江烏東德水電站庫區(qū)的一項淹沒復建工程，替代被淹沒的龍街碼頭的交通功能。橋位位于云南省元謀縣鹽水井村，距下游烏東德電站大壩水面距離約109.3km。大橋橫跨金沙江，左岸接姜驛公路，右岸接黃江公路。設計橋梁總長為671m，橋寬9.5m。其中，主橋橋型（120+220+120）m 連續(xù)剛構，引橋設計為五跨40m 預應力混凝土先簡支后結構連續(xù)T 梁。

4.1 靜載試驗

在開展全面裝載測試之前，宜用二輛以上載重測量車輛在各跨中開展橫橋雙向對稱的預裝載測試，預裝載測試中每一裝載部位持荷時限以不低于十分鐘為宜。預加載的主要目的就是，一方面是使實驗結構步入正常工作狀態(tài)，另一方面也可以檢驗整個測試體系和實驗機構能否管理工作正規(guī)[5]。預加載必須卸到零負荷，并在實驗結構得到足夠的零荷修復之后，才可開始真正加載試驗，而真正加載試驗則按照裝載工作序號逐步實施，在順利完成前一組序號的裝載管理工作之后，首先應使實驗結構得到足夠的零荷修復，之后方可開始下一編號的裝載管理工作。

先在箱體上確認相應檢測地點定位，然后經(jīng)過研磨找平，清洗完畢后，再粘貼上電阻型的反應膜片，最后接通信息傳送線并將所有檢測地點編號接到相應測量系統(tǒng)。連接線路聯(lián)機后，完成試調(diào)工作，并檢驗各測量元器件是否是處在正常的狀態(tài)，無誤后開始執(zhí)行預壓，進而檢驗測量元器件是否是處在正常的狀態(tài)。實驗中為了盡可能減少對非彈性變形的影響，必須首先完成預壓，之后再正式加載。在某一級加載完畢之后，發(fā)動機的熄火狀態(tài)維持了2min 以上，待數(shù)據(jù)完全固定之后再完成記錄；在卸載后的2min 以上，再完成殘余數(shù)據(jù)。通過測試，在各種工況下測試截面校驗系數(shù)均低于1.0 時，相對殘余變位法不超過20%的技術要求[6]。在測試過程中，在各工況測試截面的校核系數(shù)低于1.0 時，相對殘余應力不超過20%的設計要求。在測試過程中，構件結構未發(fā)生異響、混凝土破裂等異常情況，且測試完畢后對主梁表觀進行了觀測，也未出現(xiàn)受力裂紋的產(chǎn)生。

4.2 動載試驗

動力荷載測試按照現(xiàn)場的檢測狀況酌情選擇了脈動測試、無阻礙行駛實驗和跳車檢測三種主要內(nèi)容。脈動試驗測試的重要工作項目是橋跨構造的自激震動特性頻譜。而對于無阻礙行駛實驗測試，在路面無其他阻礙的狀況下，用一臺載貨車輛（總重約400kN）以30km/h、40km/h、50km/h 的車速通過橋跨構造，以測量橋梁主橋在行駛時車輛負載影響下形成的動力反應，測量的重要工作項目是橋跨構造的自激震動特性頻譜和撞擊系數(shù)。跳車試驗是在橋面上無什么其他阻礙的狀況下，使用時，用一臺（總重約400kN）試驗車從標高為7cm 的三角墊木突然落下，因而對大橋造成撞擊效應，引起大橋的橫向式震動。測出此時大橋跨中的最大動應變。剎車試驗是在橋面無什么其他阻礙的狀況下，使用時，用一臺（總重約400kN）試驗車，以20km/h 的最高車速經(jīng)過橋跨結構后，在跨中部位采用的應急剎車，以測出在此過程中橋控制截面的最大動力反應。

根據(jù)大橋的結構特征確定了測點布局，自振動頻率測點選擇在橋梁一階振動幅度最大的跨中布置了豎向振動拾震器。橋截面動應力試驗通過在梁體混凝土表面貼電阻型應力膜片，再配合動態(tài)應變儀輸出的方式加以測定，并由電子計算機記錄。本橋的動應力試驗斷面位置參照了靜載荷試驗測試斷面。

主橋自振特性的測量使用了環(huán)境激勵法，從預壓自振特性數(shù)據(jù)及分析方法中可以發(fā)現(xiàn)：主橋跨結構的豎向基頻實測數(shù)值遠多于理論值，表明構件的實際總體剛性遠超過了理論強度。

本文筆者選擇了一個重約400kN 的加載小車正常行駛，并通過對在30km/h、40km/h 和50km/h 的無障礙設計行車，以及在10km/h 跳車下的測試橋梁沖擊系數(shù)和激振響應進行分析得到結果：①行車沖擊系數(shù)（1+u）在1.031~1.037 之間，最大為1.037，相應速度約50km/h。②10km/h 速度進行跳車試驗，跨中跳車沖擊系數(shù)（1+u）的峰值點為1.23。③20km/h 速度進行剎車試驗，實測沖擊系數(shù)（1+u）為1.090；無障礙行車下，實測撞擊系數(shù)（1+u）明顯等于規(guī)范計算值的1.050，表明行駛特性良好表明行駛特性良好；而實際跳車及剎車時沖擊系數(shù)明顯高于規(guī)范計算值，表明跳車及剎車時對地面結構響應的放大效果更加突出[7]。

4.3 荷載試驗結論

荷載測試前曾在現(xiàn)場對大橋結構進行了檢查，大橋的實際構造狀況與相關工程設計圖紙相符合，外觀工程質量較好，且沒有明顯的受力裂縫產(chǎn)生，該橋結構滿足開展荷載測試的技術要求；龍街大橋各工況的荷載測試效率均在0.85~1.05 左右，其測試結果基本可以體現(xiàn)結構的技術狀況；本橋各工況主要測試了控制截面撓性、殘余應力校測系數(shù)、相對殘余變位預測值，滿足《公路橋梁荷載試驗規(guī)程》（JTG/T J21-01—2015）的要求；在測試過程中，結構并未出現(xiàn)異常狀況，在測試完畢后通過橋檢車對主橋表觀結構進行了觀測，并未發(fā)現(xiàn)受力裂紋產(chǎn)生；龍街大橋的測試大跨徑結構實際總體剛性超過了理論強度；無障礙行車下，其實測的沖擊系數(shù)（1+u）小于《公路橋梁荷載試驗規(guī)程》（JTG/T J21-01—2015）的計算上限值[8]。

5 結語

在橋梁建造工程中，為保證工程建設中質量管理方面的負荷力數(shù)據(jù)滿足國家標準，必須在工程建設進行中以及項目檢測工作中，優(yōu)化負荷數(shù)據(jù)的測量方式。同時要在施工測試技術應用中，對荷載能力測試的方法進行針對化的設計優(yōu)化，在提升工程項目的總體施工品質中，還需要通過將施工環(huán)境周邊的環(huán)境影響因素進行了分類的管理，通過選用合理的施工方式提升整體施工品質，對各個不同施工階段進行了科學合理的荷載測試，從而使得工程項目整體施工品質滿足了規(guī)范要求。